淺談路基防護(hù)與加固工程

張立忠,田德輝

(黑龍江省龍建路橋第四工程有限公司)

1 路基防護(hù)和加固的目的與要求

路基在水、風(fēng)、氣溫等自然因素的長(zhǎng)期作用下,將發(fā)生變形和破壞,若不及時(shí)加以防治,就會(huì)引起嚴(yán)重的“病害”。為保證路基的穩(wěn)定性,除做好路基排水外,必須做好路基防護(hù)與加固設(shè)計(jì)。一般地,防護(hù)與加固的重點(diǎn)是路基邊坡,特別是不良地質(zhì)與水文地段及沿河路基的邊坡。有時(shí),對(duì)附近可能危害路基的河流和山坡也應(yīng)進(jìn)行必要的防護(hù),阻保證防護(hù)加固工程能正常地工作。

防護(hù)與加固工程是路基工程的一個(gè)組成部分,除專門用采支擋路基的結(jié)構(gòu)物外,一般防護(hù)工程承受外力的能力很小,有的則完全不能承受外力的作用。因此,要求路基邊坡本身基本穩(wěn)定,否則不但路基得不到防護(hù),而且連防護(hù)工程也會(huì)遭到破壞。

隨著公路等級(jí)的提高,為維護(hù)正常的汽車運(yùn)輸,確保行車安全,以及保持公路與自然環(huán)境協(xié)調(diào),做好路基的防護(hù)與加固,具有重要意義。

2 防護(hù)與加固工程的分類

(1)坡面防護(hù)。用以防護(hù)易受自然因素影響而破壞的土質(zhì)與巖質(zhì)邊坡。常用的類型有種草、鋪草皮、植樹、抹面、勾縫、灌漿和石砌護(hù)面、護(hù)面墻等。

(2)沖刷防護(hù)。用于防止水流對(duì)路基的沖刷與淘刷。按其方法不同,又可分為直接防護(hù)與間接防護(hù)兩種。直接防護(hù)類型有鋪草皮、植樹、拋石、砌石、石籠等;間接防護(hù)類型有丁壩、順壩等導(dǎo)流及調(diào)治構(gòu)造物。

(3)支擋工程。用于防止路基變形或支擋路基土體,以保證路基穩(wěn)定性。常用的類型有各種擋土墻及其他有承重作用的構(gòu)造物。

為使概念明確,一般把防止沖刷和風(fēng)化,主要起隔離作用的工程措施稱為防護(hù)工程;把防止路基或山體因重力作用而坍滑,主要起支撐作用的支擋結(jié)構(gòu)物稱為加固工程。事實(shí)上,它們除了具有其主要作用外,往往還兼有其他作用。如石砌護(hù)坡,主要是防止水流沖刷路基邊坡,但也具有一定的加固作用;擋土墻主要是支擋路基或山體,但同樣也可以防止水流沖刷。因此,選擇時(shí),很難截然分開,而應(yīng)根據(jù)具體的地質(zhì)、水文條件,路基穩(wěn)定性及環(huán)境的主要要求,選用經(jīng)濟(jì)臺(tái)理的方案。

3 坡面防護(hù)

3.1 植物防護(hù)

植物防護(hù)的方法有種草、鋪草皮和植樹。采用植物覆蓋層對(duì)坡面進(jìn)行防護(hù),可以減緩地面水流速度,調(diào)節(jié)邊坡土的溫濕狀況,以及美化路容,協(xié)調(diào)環(huán)境。植物根系深入土中后,在一定程度上對(duì)表土起到固結(jié)作用。它對(duì)于坡高不大,邊坡比較平緩的土質(zhì)坡面是一種簡(jiǎn)易有效的防護(hù)措施。

(1)種草。適宜于邊坡坡度不陡于 1∶1,不浸水或短期浸水但地面徑流速度不大于 0.6m/s的土質(zhì)邊坡。草的品種選用應(yīng)適應(yīng)當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)和氣候條件,最好是根系發(fā)達(dá),葉莖低矮,多年生長(zhǎng),幾種草籽混種。不宜種草的坡面,可以鋪5～10 cm厚的種植土層,土層應(yīng)與原坡面結(jié)合穩(wěn)固。

(2)鋪草皮。鋪草皮可以用于較高、較陡的邊坡。當(dāng)坡面沖刷比較嚴(yán)重,邊坡較陡,徑流速度大于 0.6m/s,最大速度達(dá) 1.8m/s時(shí),應(yīng)根據(jù)具體條件(坡度與流速等),分別采用平鋪(平行于坡面)、水平疊置、垂直坡面或與坡面成一半坡角的傾斜疊植草皮,還可以采用片石砌成方格或拱式遺框,方格或框內(nèi)再鋪草皮。

鋪草皮需要預(yù)先備料,草皮可就近培育,切成接齊塊狀,然后移鋪到坡面上。鋪時(shí)應(yīng)自下而上,并用竹木小樁將草皮釘在坡面上,使之穩(wěn)固。

(3)植樹。主要用于堤岸逝的河誰(shuí)上,用來(lái)降低流速,促使泥沙淤泥,防止水流直接沖刷路堤。若多排林帶與水流方向斜交,還可以起挑水作用,改變水流方向。沙漠與雪害地區(qū),防護(hù)林帶可以起阻沙防雪作用。

植樹位置與寬度,應(yīng)根據(jù)防護(hù)要求、水流速度及當(dāng)?shù)刈匀粭l件而定。樹種的選擇應(yīng)適合當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)、氣候條件,能迅速生長(zhǎng),且根系發(fā)達(dá),枝葉茂密,用于沖刷防護(hù)的樹種宜選用生長(zhǎng)很快的楊柳類或不怕水淹的灌木類。

3.2 礦料防護(hù)

對(duì)于無(wú)法采用植物防護(hù)的巖石邊坡,可以采用砂石、水泥、石灰等礦質(zhì)材料進(jìn)行坡面防護(hù)。主要有砂漿抹面,勾縫、噴漿,以及石砌護(hù)坡和護(hù)面墻等形式。

(1)抹面防護(hù)。適用于易風(fēng)化而表面比較完整,尚未剝落的巖石邊坡,如頁(yè)巖、泥砂巖及千枚巖的新坡面。常用的抹面材料有石灰爐渣混合漿、三合土或四合土等,其中石灰為膠結(jié)料,要求精選,爐渣顆粒宜細(xì)。抹面用料的配合比與用量,可參見有關(guān)手冊(cè)。抹面厚度視材料及坡面狀況而定,一般為 2.0～10.0 cm。操作前,應(yīng)清理坡面風(fēng)化層、浮土與松動(dòng)碎塊,填坑補(bǔ)洞,灑水潤(rùn)濕。抹面后應(yīng)拍漿、抹平和養(yǎng)生。

(2)噴漿防護(hù)。適用于易風(fēng)化和坡面不平的巖石挖方邊坡,漿層厚度一般為 2.0 cm。噴漿的水泥用量較大,可用于重點(diǎn)工程地段。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),比較經(jīng)濟(jì)的砂漿是用水泥、石灰、河砂及水 4種原材料,按 1∶1∶6∶3配合組成。噴漿前后的處置,與抹面相同。對(duì)坡面較陡或易風(fēng)化的坡面,可以在噴漿前先鋪設(shè)加筋材料,加筋材料可以用鐵絲網(wǎng)或土工格柵,噴漿坡面應(yīng)設(shè)置泄水孔。

(3)勾縫防護(hù)。適用于比較堅(jiān)硬,且裂縫多而細(xì)的巖石邊坡,防止水分浸入巖層內(nèi)造成“病害”。

(4)灌漿防護(hù)。適用于堅(jiān)硬,但裂縫較探和較寬的巖石邊坡,借砂漿的膠結(jié)力,使坡面表層成為防水的整體。

4 砌石防護(hù)

(1)石砌護(hù)坡。用于土質(zhì)或風(fēng)化巖質(zhì)路塹或土質(zhì)路堤邊坡的坡面防護(hù),也可以用于浸水路堤及排水溝渠的沖刷防護(hù)。

石砌護(hù)坡有干砌和漿砌兩種。千砌片石的主要作用是防止水流沖刷邊坡,要求被防護(hù)的邊坡自身基本穩(wěn)定。干砌片石可以做成單層,也可以做成雙層,片石下面應(yīng)設(shè)置墊層,起平整作用。干砌片石要用砂漿勾縫。以防水分浸入,并提高整體強(qiáng)度。

漿砌片石護(hù)坡,常用于防護(hù)流速較大(4～5m/s)的沿河路堤,也可以與護(hù)面墻等綜合作用,以防護(hù)不同巖層和不同位置的邊坡。其厚度一般為 0.2～0.5m,基礎(chǔ)要求穩(wěn)固,應(yīng)深入水流沖刷線以下,同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)應(yīng)加設(shè)防護(hù)措施。

(2)護(hù)面墻。護(hù)面墻是一種漿砌片石覆蓋層。常用于嚴(yán)重風(fēng)化破碎的巖石挖方邊坡。護(hù)面墻除自重外,不承受其他荷重,也不承受墻背土壓力。

護(hù)面墻高度一般不超過(guò) 10.0 m,可以分級(jí),中間設(shè)平臺(tái),墻背可以設(shè)耳墻,縱向每隔 10m設(shè)一條伸縮縫,墻身應(yīng)預(yù)留泄水孔,基礎(chǔ)要求穩(wěn)固,頂部應(yīng)封閉。墻基軟弱地段,可以用拱形結(jié)構(gòu)跨過(guò)。坡面開挖后怕凹陷,應(yīng)以石砌圬工填塞平整,稱之為支補(bǔ)墻。

5 沖刷防護(hù)

為了防止水流直接危害沿河、濱海路堤以及有關(guān)堤壩護(hù)岸的邊坡和坡腳,必須采取定的防止沖刷措施。防止沖刷的措施有兩種:一種是加固岸坡的直接防護(hù);另一種是改變水流性質(zhì)的間接防護(hù)。根據(jù)河流情況、水流性質(zhì)及岸坡具體受沖刷情況,可以單獨(dú)使用一種,也可以兩種同時(shí)使用、綜合治理。

5.1 直接防護(hù)

堤岸直接防護(hù)的措煎,包括檀物防護(hù)、砌石防護(hù)、拋石與石籠防護(hù),以及必要時(shí)設(shè)置的支擋(駁岸等)。其中植物防護(hù)和砌石防護(hù)與前述坡面防護(hù)基本相同,但堤岸的防沖刷原因是洪水急流,水位變遷不定,水流速度較大,因此其相應(yīng)的要求更高。

(1)拋石防護(hù)。拋石防護(hù)主要用于防護(hù)直接受水流沖刷的邊坡和坡腳,對(duì)于季節(jié)性浸水和長(zhǎng)期浸水的情況均適用。盛產(chǎn)石料地區(qū),當(dāng)水流速度大于 3.0m/s或更高時(shí),植樹與砌石防護(hù)無(wú)效果,可以采用拋石防護(hù)。

拋石防護(hù),類似于在坡腳處設(shè)置護(hù)腳,也稱拋石垛。拋石垛的邊坡坡度不應(yīng)大于浸水后的天然休止角,石料粒徑視水深與流速而定,一般為 15～50 cm。

(2)石籠防護(hù)。當(dāng)水流速度達(dá)到或超過(guò) 5.0m/s時(shí),可以改用石籠防護(hù)。石籠用鐵絲編織成框架,內(nèi)填石料,設(shè)在坡腳處,以防急流和大風(fēng)浪破壞堤岸,也可以用來(lái)加固河床,防止淘刷。鐵絲框架可以做成圓柱形或箱形。籠內(nèi)填石的粒徑最小不小于 4.0 cm,一般為 5～20 cm,外層用大且棱角突出的石料,內(nèi)層可以用較小石塊填充.石籠用于防止沖刷淘底時(shí),在坡腳處的排列應(yīng)平鋪并與坡腳線垂直,且堤岸一端固定,另一端可阻不固定,淘刷后可以向下沉落貼于底面。用于防止堤岸邊坡沖刷時(shí),則壘碼平鋪成梯形。單個(gè)石籠的大小以不被相應(yīng)速度的水流沖動(dòng)為宜,鋪設(shè)時(shí)必須用碎(礫)石墊層鋪平底層,各角可以用鐵棒固定于基底。

5.2 間接防護(hù)

設(shè)計(jì)導(dǎo)治構(gòu)造物可以改變水流方向,消除和減緩水流對(duì)堤岸的直接破壞,同時(shí)可以使堤岸近旁緩慢淤積,徹底消除水流對(duì)局部堤岸的損害。設(shè)導(dǎo)治構(gòu)造物的間接防護(hù)措主要是設(shè)壩,按其與河道的相對(duì)位置,一般可分為丁壩、順壩或格壩幾種。

(1)丁壩。丁壩的作用是導(dǎo)流和挑流,把水流挑離河岸,改善水流狀況,間接保護(hù)路基。丁壩由壩頭、壩身和壩根三個(gè)部分組成,其斷面為梯形。丁壩所受的外力較小,其斷面尺寸主要依據(jù)構(gòu)造要求、施工條件和使用要求等因素確定。丁壩的軸線與水流方向的關(guān)系不同,分為垂直式、下挑式和上挑式三種。

丁壩的布置,要慎重考慮對(duì)岸的情況,如果對(duì)岸為農(nóng)田、住房,土堤時(shí),宜多導(dǎo)少挑;若對(duì)岸為巖石,要注意被挑過(guò)去的水流,在對(duì)岸折回后對(duì)下游的沖刷。

(2)順壩及格壩。順壩的作用是導(dǎo)流,基本上不改變?cè)兴鞯牧鲬B(tài)。當(dāng)河床斷面窄小,不允許過(guò)多地侵占或地質(zhì)條件不宜修筑丁壩時(shí),可以采用順壩。布置順壩前,必須先有一個(gè)合理的導(dǎo)治線,順壩與上下游河岸的銜接必須協(xié)調(diào),壩的起點(diǎn)應(yīng)選在水流勻順的過(guò)渡地段,以免強(qiáng)烈沖刷,終點(diǎn)可與河岸連在一塊。順壩的構(gòu)造與丁壩相似,分為壩頭、壩身和壩根三個(gè)部分,壩身斷面形狀為梯形,結(jié)構(gòu)要求大體與丁壩相同。